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流体阻力实验
一、 摘要
本实验以水为介质，使用FFRS-II型流体阻力实验装置，测定了水流经直管道、局部管道 的阻力系数,ReQ10」〜1 (T。实验验证了湍流状态下直管摩擦阻力系数受Re和e /d共同影响； 层流状态下直管摩擦阻力系数仅是Re的函数，且在双对数坐标系内呈线性关系；局部阻力 系数受Re和局部形状影响，尤其局部形状的差异影响远大于Re。实验得到的直管道阻力系 数关联图与教材P29图1-32接近，满足工程上允许的误差范围，在实际应用中，可适当参 考该图数据求取阻力系数，进一步计算流体阻力。
二、 实验目的
1、 识别组成管路的各种管件、阀门等，了解其作用
2、 了解涡轮流量计，钳电阻温度计，压差传感器的安装、使用及其优缺点
3、 学会使用装置的现场仪表和电气控制系统
4、 掌握用量纲分析法解决实际问题
5、 理解测定摩擦阻力系数的工程意义
三、实验原理
流体在流动过程中，由于粘性会发生相互间的摩擦，从而导致其机械能减少，我们称 之为阻力损失。计算流体阻力一种方法是测得管路上、下游两个截面的机械能，当没有外加 能量时，两者的差值即是阻力损失；另一种方法是通过因次分析，得到一定条件下通用的公 式，此法在科学研究和工程计算上应用广泛，具体如下：
1、 寻找影响流体阻力的因素，共6个：
hf = e(d, u,P ,11』，e )
2、 简化实验，确定函数关系：
使用因次分析法，将所有变量组合成4个无因次数群：
雷诺准数Re dup/u 相对粗糙度
管道长径比 1/d 能量项
确定函数关系：笔=广(性,』,£)
it - - d d
对于水平无变径直管道，结合柏努利方程上式变为：
AP _ f(dup £ I
e /d
hf/u2
(1)
(2)
P A
令 A = f(dup/
F 曰 7 AP . I 可得：hf = — = 2•一 / p d
„ 2dAP A
2
U
~2
2 U ~2
(3)
lu' p
式中hf——直管阻力，「KgL
1 被测管长，m；
d——被测管内径，m；
u 平均流速，
X—摩擦阻力系数。
(4)式适用于湍流直管条件下的阻力计算，大量实验表明， 对粗糙度低于某一数值后，X与Re的关系遵循Blasius关系式:
入=°'25
(4)
当管道内壁非常光滑，即相
(5)
2
ux
2 " ~2
2 工 2（处 - Pl）
侃2 '
图1、流体阻力实验流程
3、涡轮流量计4、层流水槽5、层流管6、截止阀7、球阀8、光滑管9、粗
11、流量调节阀 12、层流调节阀
当流体处于层流状态时，摩擦阻力系数将不受相对粗糙度的影响，由理论推导得：
,64
X =
Re
当流体流经等径管道局部(弯头、阀门等)，不考虑直管段长度，方程变为以下形式:
7 AP / U2
hf =——
/ Q 2
” 2AP
，= r
pu
当